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非线性动力学分析方法在肌电信号中的应用进展

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中国运动医学杂志 2024年第7期43卷 554-562页

作者：雷钧天白震民张瀚月董晓升侯筱北京体育大学运动医学与康复学院东北师范大学体育学院北京体育大学运动与体质健康教育部重点实验室山东大学公共卫生学院北京体育大学运动人体科学学院

神经肌肉系统是一个实时变化的复杂系统，不仅受运动类型和收缩条件等外部因素影响，还受中枢神经控制、外周体液调节等系统内各部分错综复杂的交互影响。应用肌电信号（electromyographic signal,EMG）的传统线性分析方法监测神经肌肉... 详细信息

神经肌肉系统是一个实时变化的复杂系统，不仅受运动类型和收缩条件等外部因素影响，还受中枢神经控制、外周体液调节等系统内各部分错综复杂的交互影响。应用肌电信号（electromyographic signal,EMG）的传统线性分析方法监测神经肌肉系统活动会忽略神经肌肉系统在实际收缩过程中的复杂变化，存在众多局限。而非线性动力学分析方法可综合考虑系统的实时变化性和复杂性，量化系统的动力学过程。本研究梳理了非线性动力学方法的发展历程，探讨神经肌肉系统EMG的非线性特征，并总结了非线性动力学方法在EMG中的应用及未来研究展望。结果显示：1）神经肌肉系统属于复杂系统，EMG具有混沌和分形的特征；2）在诸多实际条件下，EMG非线性分析方法的信效度高于传统线性分析方法，可提取到传统线性分析方法无法监测到的EMG特征；3）非线性分析方法在运动领域还有很大应用潜力，未来研究可集中于EMG信号与其他生物信号非线性特征的联合分析，这有助于建立综合全面的神经肌肉系统动力学理论模型，对于进一步揭示人体运动过程中的生理系统的深层调控机制具有重要意义。

关键词：非线性动力学肌电运动熵分形

肥胖成因的新视角:代谢性炎症诱导食物奖赏异常

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生物化学与生物物理进展 2024年第6期51卷 1327-1340页

作者：代玉玺何玉秀陈巍河北师范大学体育学院石家庄050024 河北省人体运动生物信息测评重点实验室石家庄050024

近年来,肥胖已成为全球亟待解决的重要公共卫生问题。越来越多的研究发现,食物奖赏在肥胖的形成与发展过程中发挥重要作用。最近的研究表明,由于能量过剩引发的代谢性炎症可能通过多种生理途径干扰正常的奖赏信号传递,从而促进肥胖的发... 详细信息

近年来,肥胖已成为全球亟待解决的重要公共卫生问题。越来越多的研究发现,食物奖赏在肥胖的形成与发展过程中发挥重要作用。最近的研究表明,由于能量过剩引发的代谢性炎症可能通过多种生理途径干扰正常的奖赏信号传递,从而促进肥胖的发展。基于这一观点,推测产生肥胖的原因可能与代谢性炎症诱导食物奖赏异常有关。因此,深入探讨肥胖、食物奖赏和代谢性炎症之间的关系,总结代谢性炎症诱导食物奖赏异常的可能机制,可为预防和治疗肥胖提供新的思路和理论支持。

关键词：肥胖食物奖赏代谢性炎症

纹状体D2型中等多棘神经元Erk信号通路：运动改善帕金森病的重要途径

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生物化学与生物物理进展 2024年

作者：高博赖一宁葛一彤陈巍河北师范大学体育学院河北省人体运动生物信息测评重点实验室

帕金森病（PD）是一种神经退行性疾病，其核心特征是黑质致密部多巴胺能神经元的退行性凋亡，导致纹状体多巴胺（DA）水平的持续下降，主要表现为静止性震颤、肌强直和运动迟缓等运动功能障碍。纹状体作为皮层下调控躯体运动的重要中枢... 详细信息

帕金森病（PD）是一种神经退行性疾病，其核心特征是黑质致密部多巴胺能神经元的退行性凋亡，导致纹状体多巴胺（DA）水平的持续下降，主要表现为静止性震颤、肌强直和运动迟缓等运动功能障碍。纹状体作为皮层下调控躯体运动的重要中枢，其功能受多条信号通路的精细调控。中等多棘神经元（MSNs）是纹状体内的主要神经元，其中表达多巴胺2型受体的MSNs（D2-MSNs）的功能异常与PD的运动障碍密切相关。PD患者中，纹状体细胞外信号调节激酶/丝裂原活化蛋白激酶（Erk/MAPK）信号通路活性发生改变，进而影响D2-MSNs的功能活动，引发基底神经节运动功能调节障碍。运动干预作为PD的潜在治疗策略，已被证明可以通过抑制Erk/MAPK信号通路调控D2-MSNs功能活动。然而，Erk/MAPK信号通路在D2-MSNs运动依赖可塑性中的作用，以及对PD运动功能障碍改善的具体调控机制仍不明确。本文综述了纹状体Erk/MAPK信号通路在PD运动防治中的作用及其生物学机制，旨在为PD治疗新靶点的发现提供科学依据。

关键词：纹状体运动控制 Erk/MAPK通路帕金森病

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成年柔性扁平足动静态足弓功能探究

中国康复医学杂志 2024年第6期39卷 840-846页

作者：白啸天霍洪峰河北师范大学体育学院河北省石家庄市050024 河北省人体运动生物信息测评重点实验室

目的:通过对比正常足和柔性扁平足患者静态和动态足弓功能差异,探究柔性扁平足患者足弓功能特征,为不同足型足弓功能性区分提供理论参考。方法:招募30例成年男性受试者,采用足印法初步区分正常足和扁平足,采用提踵测试和被动足趾抬高测... 详细信息

目的:通过对比正常足和柔性扁平足患者静态和动态足弓功能差异,探究柔性扁平足患者足弓功能特征,为不同足型足弓功能性区分提供理论参考。方法:招募30例成年男性受试者,采用足印法初步区分正常足和扁平足,采用提踵测试和被动足趾抬高测试筛查,柔性扁平足筛选出正常足16例,柔性扁平足患者14例。通过自然站立和正坐不同负重位足弓高度差计算静态足弓刚度,通过三维动作捕捉和足底压力测评支撑中期开始时刻足弓相对高度、足弓相对高度变化值、足弓相对高度变化率和行走时中足冲量占比,采用偏相关(控制步速)分析静态足弓刚度和动态足弓功能指标的相关性。结果:静态足弓功能测试结果表明,柔性扁平足患者静态足弓刚度低于正常足(P<0.05);动态足弓功能测试结果表明,正常足和柔性扁平足行走支撑中期足弓相对高度和高度变化率均逐渐降低,柔性扁平足患者行走支撑中期开始时刻足弓相对高度、支撑中期足弓相对高度变化值和变化率均低于正常足(P<0.05),柔性扁平足行走支撑期中足冲量占比高于正常足(P<0.05);偏相关分析表明,步速校正后,支撑中期开始时刻足弓相对高度、相对高度变化值和相对高度变化率与静态足弓刚度呈中等显著正相关(r=0.580—0.679,P<0.05),中足冲量占比与静态足弓刚度呈低度显著负相关(r=﹣0.478,P<0.05)。结论:行走过程中,足弓在支撑中期持续下降,且下降速率逐渐减小;柔性扁平足患者静态和动态足弓对负重的适应能力均低于正常足,提高柔性扁平足患者足弓的负重适应性是足踝康复的关键;足弓刚度与动态足弓功能存在相关性,对不同足型足弓功能性划分具有重要参考价值。

关键词：扁平足足弓足功能生物力学

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不同语言的情绪性评价对社会顺应的影响

心理科学 2024年第1期47卷 205-210页

作者：蒋小磊刘欢欢辽宁师范大学脑与认知神经科学研究中心大连116029 辽宁省脑与认知神经科学重点实验室大连116029

不同语言的情绪感知会引发决策偏差,但目前尚无研究考察这种偏见如何影响社会顺应。本研究采用随机点运动任务,通过“初始判断—同伴反馈—再次判断”的实验程序,探讨不同语言的情绪性评价对社会顺应的影响。结果发现:(1)母语消极反馈... 详细信息

不同语言的情绪感知会引发决策偏差,但目前尚无研究考察这种偏见如何影响社会顺应。本研究采用随机点运动任务,通过“初始判断—同伴反馈—再次判断”的实验程序,探讨不同语言的情绪性评价对社会顺应的影响。结果发现:(1)母语消极反馈比第二语言消极反馈更容易诱使个体改变之前的判断,表现出顺应行为;(2)个体的顺应行为受到任务不确定性的调节。整个研究说明,不同语言的情绪性评价会影响个体的社会顺应行为。

关键词：社会顺应语言情绪不确定性双语者

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基于加速度传感器的体质检测自适应计次

传感器与微系统 2024年第3期43卷 99-102,107页

作者：韩兰侠徐方超孙凤张一民贾潇沈阳工业大学机械工程学院辽宁沈阳110870 北京体育大学运动人体科学学院北京100084

设计了一种可以测试2min原地高抬腿和30s坐站动作的可穿戴集成系统。检测方法采用改进的自适应峰值计次算法,该算法根据测试者做高抬腿和坐站动作时的周期性加速度,确定加速度阈值,再结合计次频率实现不同动作下的自适应计数。测试结果... 详细信息

设计了一种可以测试2min原地高抬腿和30s坐站动作的可穿戴集成系统。检测方法采用改进的自适应峰值计次算法,该算法根据测试者做高抬腿和坐站动作时的周期性加速度,确定加速度阈值,再结合计次频率实现不同动作下的自适应计数。测试结果表明:该算法能够自动识别并去除不标准动作,计次准确率基本满足体质检测的要求。

关键词：可穿戴传感器体质检测自适应峰值检测集成设计

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双重任务介入对人体静态平衡和动态稳定性的影响

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中国康复医学杂志 2024年第4期39卷 581-584页

作者：刘鑫玥霍洪峰河北师范大学体育学院石家庄市050024 河北省人体运动生物信息测评重点实验室

跌倒是导致老年人死亡和伤残的主要危险因素之一,每年约三分之一65岁以上老年人至少经历1次跌倒,并且有高达90%以上的髋关节骨折是由跌倒引发的,导致人体运动功能受损,社会参与受限,直接降低日常生活质量[1-2]。良好的姿势控制能力是维... 详细信息

跌倒是导致老年人死亡和伤残的主要危险因素之一,每年约三分之一65岁以上老年人至少经历1次跌倒,并且有高达90%以上的髋关节骨折是由跌倒引发的,导致人体运动功能受损,社会参与受限,直接降低日常生活质量[1-2]。良好的姿势控制能力是维持日常生活活动的基础,也是有效预防跌倒的必要因素。老年人及神经系统障碍患者运动控制水平下降,神经协调能力不足,步态异常,行走稳定性下降,增加其跌倒风险[3]。为科学有效地预防跌倒发生,姿势控制的神经力学机制逐渐受到研究者们的关注。双任务研究范式是指在进行姿势控制的同时完成一项认知任务或其他运动任务,贴切日常生活活动的多任务情景.

关键词：神经系统障碍步态异常日常生活质量预防跌倒髋关节骨折跌倒风险日常生活活动行走稳定性

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青年女性递增负重行走时双侧足功能分化研究

中国运动医学杂志 2024年第4期43卷 258-265页

作者：魏佳琳霍洪峰白啸天郑东宇河北师范大学体育学院石家庄050024 河北省人体运动生物信息测评重点实验室石家庄050024 渤海大学体育学院辽宁锦州121013

目的:探究支撑期步态功能性不对称规律及双侧足功能分化,深入了解人体运动补偿机制以及稳定控制特征,为预防单侧足踝损伤及康复治疗提供理论参考。方法:招募12名正常足型的青年女性受试者,通过三维动作捕捉及高频足底压力测试系统采集... 详细信息

目的:探究支撑期步态功能性不对称规律及双侧足功能分化,深入了解人体运动补偿机制以及稳定控制特征,为预防单侧足踝损伤及康复治疗提供理论参考。方法:招募12名正常足型的青年女性受试者,通过三维动作捕捉及高频足底压力测试系统采集受试者在递增负重下[0%体重(body weight,BW)、10%BW、20%BW]以最适步速行走时优势足与非优势足的支撑期各阶段周期百分比、纵弓角度变化量、垂直地面反作用力及足底压力中心轨迹。运用双因素重复测量方差分析偏侧性(优势足、非优势足)和负重(0%BW、10%BW、20%BW)对足弓变化和步态参数的影响以及两者之间的交互作用。结果:(1)偏侧性和负重因素对足弓变化交互作用显著,对步态参数交互作用不显著。(2)与0%BW相比,非优势足负重20%BW缓冲阶段周期百分比增大(P<0.05),优势足负重20%BW缓冲阶段周期百分比减小(P<0.05),双侧足负重20%BW缓冲载荷率均增大(P<0.05),双侧足负重10%BW缓冲受力偏移均增大(P<0.05),双侧足负重10%BW、20%BW纵弓角度变化量增大(P<0.05),非优势足负重10%BW和20%BW蹬伸载荷率增大(P<0.05),优势足负重20%BW蹬伸水平斜率减小(P<0.05)。与10%BW相比,优势足负重20%BW缓冲阶段周期百分比减小(P<0.05),双侧足负重20%BW缓冲载荷率均增大(P<0.05),优势足负重20%BW缓冲受力偏移减小(P<0.05)。(3)与非优势足相比,负重10%BW和20%BW优势足缓冲载荷率减小(P<0.05),负重20%BW优势足纵弓角度变化量、蹬伸载荷率减小(P<0.05),负重0%BW优势足蹬伸水平斜率增大(P<0.05)。结论:负重行走会引起双侧足功能分化,无负重行走时优势足在水平方向上蹬伸效率更高,较小和较大负重时优势足在垂直方向上缓冲功能更佳,较大负重时非优势足在垂直方向上执行更充分的承重和蹬伸功能。提示行走时避免单侧足损伤的最大负荷,对于负重行走步态的研究不宜选取单足来代表和评价双足的功能和损伤风险。

关键词：负重步态足功能分化优势足

基于等时替代模型分析儿童青少年24小时活动行为与心肺耐力的关联

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中国儿童保健杂志 2024年第8期 826-831+855页

作者：唐毅宋云峰杜以民曹立全天津体育学院体育教育学院天津体育学院运动健康学院辽宁师范大学体育学院天津市体卫融合与健康促进重点实验室

目的运用成分分析方法探讨24h活动行为对儿童青少年心肺耐力(CRF)的综合影响及成分等时替代的实际效应，为改善儿童青少年的心肺耐力提供科学依据。方法 2023年5—6月招募天津市一所初中143名学生为研究对象。采用ActiGraph GT3X+加速... 详细信息

目的运用成分分析方法探讨24h活动行为对儿童青少年心肺耐力(CRF)的综合影响及成分等时替代的实际效应，为改善儿童青少年的心肺耐力提供科学依据。方法 2023年5—6月招募天津市一所初中143名学生为研究对象。采用ActiGraph GT3X+加速度计测试受试者24h活动行为，采用第五次国民体质监测功率车二级负荷实验测试心肺耐力。使用成分分析方法分析探讨各成分与心肺耐力的关系，并以15min建立等时替代模型预测各活动行为替代后对结局变量产生的影响。结果 12～15岁儿童平均每日中高强度身体活动(MVPA)、低强度身体活动(LPA)、久坐行为(SB)和睡眠(SLP)时间分别为49.91、146.31、643.19和600.59min。儿童青少年24h活动行为时间相对分布与心肺耐力关联紧密，MVPA的时间相对比较稳定，与其他活动行为发生转换的概率最低。成分结果显示，控制年龄性别后，MVPA的时间占比与CRF呈显著正相关(β=5.28,P<0.01),SB的时间占比与CRF呈显著负相关(β=-4.02,P<0.01)。在15min等时替代模型中，用MVPA替代LPA、SB和SLP,以及用SLP替代SB,CRF均显著增加；用LPA、SB和SLP替代MVPA会使CRF显著减少。剂量-效应关系发现，等时替代效应具有不对称性，伴随MVPA等时替代其他行为时间的增加，儿童青少年CRF水平会缓慢提升，反之则会迅速下降；MVPA替代其他行为，平均每天替代10min效果最为突出。结论减少SB的同时增加MVPA是改善儿童青少年心肺健康的最佳途径，建议学生在10min的课间活动内，尽量将原本的SB转化为MVPA,以更好地促进儿童青少年心肺健康发展。

关键词： 24h活动行为成分分析等时替代心肺耐力

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